2017年，中國(guó)海上風(fēng)電取得突破進(jìn)展，新增裝機(jī)共319臺(tái)，新增裝機(jī)容量達(dá)到116萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)97%;截至2017年底，海上風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量已到279萬(wàn)千瓦。由于海上風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)期處于高鹽霧、高濕度環(huán)境運(yùn)行，因此海上風(fēng)電機(jī)組在防腐設(shè)計(jì)上應(yīng)遠(yuǎn)高于陸上風(fēng)電機(jī)組。目前海上風(fēng)電機(jī)組主要從兩個(gè)方面提高整機(jī)防腐能力：(1)主動(dòng)防腐，即提高整機(jī)各個(gè)零部件運(yùn)行環(huán)境;(2)被動(dòng)防腐，即提高各個(gè)零部件的自身防腐等級(jí)。

風(fēng)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒組成。根據(jù)ISO20340-2009[1]、DIN EN ISO12944[2]、IEC61400-SER-2010[3]中關(guān)于海上風(fēng)電機(jī)組防腐等級(jí)如表1所示。

表1風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒防腐等級(jí)

1風(fēng)輪防腐

1.1主動(dòng)防腐

海上風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了迷宮式密封結(jié)構(gòu)，能夠有效阻擋外部高鹽霧、高濕度氣體進(jìn)入風(fēng)輪內(nèi)部，如圖1所示。根據(jù)鋼鐵腐蝕速率可知，如圖2所示，當(dāng)濕度大于60%時(shí)，鋼鐵腐蝕速率急速增長(zhǎng)。由于風(fēng)輪與機(jī)艙相連，機(jī)艙內(nèi)部設(shè)置有除濕系統(tǒng)，風(fēng)輪與機(jī)艙之間有密封機(jī)構(gòu)，因此可以有效保證風(fēng)輪和機(jī)艙的環(huán)境濕度低于50%，從而保證風(fēng)輪系統(tǒng)內(nèi)部零部件防腐在C4等級(jí)。

1.導(dǎo)流罩 2.導(dǎo)流罩密封環(huán) 3.葉片密封環(huán)4.葉片5.毛刷 6.機(jī)艙罩密封環(huán)7.導(dǎo)流罩換氣機(jī)構(gòu)

圖1 風(fēng)輪密封結(jié)構(gòu)圖

圖2 鋼鐵腐蝕速率

1.2被動(dòng)防腐

風(fēng)輪系統(tǒng)內(nèi)部被動(dòng)防腐根據(jù)表2要求執(zhí)行：

表2 風(fēng)輪系統(tǒng)防腐設(shè)計(jì)要求

2機(jī)艙防腐

海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)機(jī)艙采用環(huán)境控制技術(shù)。通過(guò)控制機(jī)艙內(nèi)部的環(huán)境，促使機(jī)艙內(nèi)環(huán)境的腐蝕因子含量不高于陸上環(huán)境的指標(biāo)，以達(dá)到艙內(nèi)零部件的防腐等級(jí)與陸上風(fēng)電機(jī)組零部件防腐等級(jí)一致，從而保證海上風(fēng)電機(jī)組艙內(nèi)零部件安全可靠運(yùn)行。

2.1主動(dòng)防腐

2.1.1鹽霧濃度控制

海上風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙和塔筒相連，塔筒內(nèi)部設(shè)置有鹽霧過(guò)濾系統(tǒng)，可以保證風(fēng)電機(jī)組整機(jī)內(nèi)部處于微正壓狀態(tài)，并且整機(jī)各個(gè)連接部位通過(guò)迷宮密封+密封圈的密封方式進(jìn)行密封。通過(guò)微正壓技術(shù)和迷宮密封+密封圈的密封方式，可以有效保證機(jī)組整機(jī)的密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)能保證鹽霧顆粒折向沉積以阻止其進(jìn)入艙內(nèi)。

2.1.2濕度控制

通過(guò)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組艙內(nèi)環(huán)境空氣的相對(duì)濕度以阻止鹽霧腐蝕的發(fā)生。鹽霧腐蝕本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕，當(dāng)艙內(nèi)環(huán)境空氣濕度低于金屬的臨界相對(duì)濕度時(shí)便可阻止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，如圖2所示。海上風(fēng)電機(jī)組在艙內(nèi)設(shè)置有除濕系統(tǒng)，配合機(jī)艙在鹽霧濃度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以有效保證機(jī)艙和風(fēng)輪內(nèi)部濕度小于等于50%，以阻止艙內(nèi)金屬零部件腐蝕的發(fā)生。

2.1.3環(huán)境溫度控制

風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部設(shè)置有空空冷卻系統(tǒng)，空空冷卻系統(tǒng)由內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)組成，運(yùn)行時(shí)兩個(gè)循環(huán)獨(dú)立，機(jī)艙內(nèi)外空氣互不干擾，只是由外循環(huán)空氣將內(nèi)循環(huán)空氣熱量帶出機(jī)艙，從而可以將機(jī)艙內(nèi)部環(huán)境溫度控制在40℃以內(nèi)，避免機(jī)艙內(nèi)部零部件在高溫下運(yùn)行從而導(dǎo)致腐蝕加劇，如圖3所示。

圖3 機(jī)艙環(huán)境控制系統(tǒng)

2.2被動(dòng)防腐

被動(dòng)防腐根據(jù)表3要求執(zhí)行：

表3 風(fēng)輪系統(tǒng)防腐設(shè)計(jì)要求

2.3應(yīng)用及效果

目前該環(huán)境控制技術(shù)已在海上風(fēng)電機(jī)組上運(yùn)行，并在樣機(jī)上進(jìn)行了“防腐掛片”實(shí)驗(yàn)。機(jī)艙頂部設(shè)置有3塊實(shí)驗(yàn)“鋼片”，用于測(cè)試機(jī)艙外腐蝕速率。機(jī)艙內(nèi)部設(shè)置有4塊實(shí)驗(yàn)“鋼板”，用于測(cè)試機(jī)艙內(nèi)腐蝕速率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。通過(guò)采用該環(huán)境控制技術(shù)，機(jī)艙內(nèi)部環(huán)境等級(jí)明顯高于機(jī)艙外側(cè)。在相同時(shí)間內(nèi)對(duì)比可知，機(jī)艙內(nèi)部鋼片表面呈現(xiàn)金屬光澤，無(wú)銹蝕點(diǎn)、銹斑出現(xiàn);機(jī)艙外側(cè)鋼片在3個(gè)月時(shí)，整個(gè)鋼片表面基本已全部銹蝕，隨著時(shí)間的推移，鋼片腐蝕逐漸加深，表面顏色也從紅褐色變?yōu)楹诤稚饾u加深，鋼片腐蝕度更為嚴(yán)重。

對(duì)實(shí)驗(yàn)1年后鋼片進(jìn)一步檢測(cè)可知，如表4所示。艙外鋼片腐蝕速率分別為(328、341、311)g/(m2.a);平均點(diǎn)蝕深度為(0.098、0.077、0.111)mm;對(duì)應(yīng)最大點(diǎn)蝕深度已達(dá)到(0.15、0.11、0.30)mm。對(duì)于艙內(nèi)鋼片其腐蝕速率不到艙外十分之一，并且鋼片表面保持原有金屬光澤，表面無(wú)點(diǎn)蝕存在。因此由上述實(shí)驗(yàn)可知，采用該環(huán)境控制技術(shù)后，艙內(nèi)環(huán)境很好，零部件腐蝕速率較低，艙內(nèi)防腐等級(jí)達(dá)到C3等級(jí)以上。

圖4 防腐掛片實(shí)驗(yàn)

表4 防腐掛片實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3塔筒防腐

3.1主動(dòng)防腐

塔筒采用全鋼制結(jié)構(gòu)，與機(jī)艙連接部位采用迷宮結(jié)構(gòu)密封，因此塔筒筒體縫隙基本可忽略。外部鹽霧空氣只能通過(guò)塔筒門及門縫隙進(jìn)入塔筒內(nèi)部，為防止鹽霧空氣進(jìn)入塔筒內(nèi)部，塔筒門采用船用風(fēng)雨密單扇鋼質(zhì)門設(shè)計(jì)，并參照GB/T3477中A級(jí)門進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證其密閉性能，有效降低塔筒及基礎(chǔ)內(nèi)部的鹽霧濃度。

增加進(jìn)門隔間設(shè)計(jì)。塔筒門是進(jìn)入機(jī)組的唯一通道，為減少維護(hù)人員進(jìn)出機(jī)組而帶來(lái)的這種偶然性腐蝕環(huán)境惡化，海上風(fēng)電機(jī)組采用了進(jìn)門隔間設(shè)計(jì)，有效地減少了進(jìn)入機(jī)組的外部空氣。

塔筒內(nèi)部設(shè)置有除濕系統(tǒng)和鹽霧過(guò)濾系統(tǒng)，除濕系統(tǒng)可將塔筒內(nèi)部濕度控制在50%以內(nèi)，鹽霧過(guò)濾系統(tǒng)在塔筒密閉的情況下，通過(guò)為塔筒內(nèi)部補(bǔ)充新風(fēng)，從而保證塔筒、機(jī)艙、風(fēng)輪系統(tǒng)長(zhǎng)期處于微正壓狀態(tài)，可以有效減少因開門而進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部的鹽霧空氣。采用該環(huán)境控制技術(shù)后，塔筒防腐等級(jí)達(dá)到C3等級(jí)以上。

3.2被動(dòng)防腐

被動(dòng)防腐根據(jù)表5要求執(zhí)行：

表5 塔筒、基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)要求

4結(jié)語(yǔ)

本文海上風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒采用主動(dòng)防腐和被動(dòng)防腐兩種方式，能有效降低風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部防腐等級(jí)。通過(guò)“防腐掛片”實(shí)驗(yàn)可將知，采用該種環(huán)境控制技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪、機(jī)艙、塔筒防腐等級(jí)分別可達(dá)到C4、C3、C3，比ISO20340-2009[1]、DIN EN ISO12944[2]、IEC61400-SER-2010[3]標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定防腐等級(jí)高，因此能降低風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的腐蝕速率，延長(zhǎng)零部件的使用壽命。